Как рассчитать пусковой ток

Какой ток потребляет двигатель из сети при пуске и работе

В паспорте электрического двигателя указан ток при номинальной нагрузке на валу. Если, например, указано 13,8/8 А, то это означает, что при включении двигателя в сеть 220 В и при номинальной нагрузке ток, потребляемый из сети, будет равен 13,8 А. При включении в сеть 380 В из сети будет потребляться ток 8 А, то есть справедливо равенство мощностей: √ 3 х 380 х 8 = √ 3 х 220 х 13,8.

Зная номинальную мощность двигателя (из паспорта) можно определить его номинальный ток. При включении двигателя в трехфазную сеть 380 В номинальный ток можно посчитать по следующей формуле:

I н = P н/ ( √3 U н х η х с osφ).

где P н — номинальная мощность двигателя в кВт, U н — напряжение в сети, в кВ (0,38 кВ). Коэффициент полезного действия ( η) и коэффициент мощности (с osφ) — паспортные значения двигателя, которые написаны на щитке в виде металлической таблички. См. также — Какие паспортные данные указываются на щитке асинхронного двигателя.

Рис. 1. Паспорт электрического двигателя. Номинальная мощность 1,5 кВ, номинальный ток при напряжении 380 В — 3,4 А.

Если не известны к.п.д. и коэффициент мощности двигателя, например, при отсутствии на двигателе паспорта-таблички, то номинальный его ток с небольшой погрешностью можно определить по соотношению «два ампера на киловатт», т.е. если номинальная мощность двигателя 10 кВт, то потребляемый им ток будет примерно равен 20 А.

Для указанного на рисунке двигателя это соотношение тоже выполняется (3,4 А ≈ 2 х 1,5). Более точные значения токов при использовании данного соотношения получаются при мощностях двигателей от 3 кВт.

При холостом ходе электродвигателя из сети потребляется незначительный ток (ток холостого хода). При увеличении нагрузки увеличивается и потребляемый ток. С увеличением тока повышается нагрев обмоток. Большая перегрузка приводит к тому, что увеличенный ток вызывает перегрей обмоток двигателя, и возникает опасность обугливания изоляции (сгорания электродвигателя).

В момент пуска из сети электрическим двигателем потребляется так называемый пусковой ток. который может быть в 3 — 8 раз больше номинального. Характер изменения тока представлен на графике (рис. 2, а).

Рис. 2. Характер изменения тока, потребляемого двигателем из сети (а), и влияние большого тока на колебания напряжения в сети (б)

Точное значение пускового тока для каждого конкретного двигателя можно определить зная значение кратности пускового тока — I пуск/ I ном. Кратность пускового тока — одна из технических характеристик двигателя, которую можно найти в каталогах. Пусковой ток определяется по следующей формуле: I пуск = I н х ( I пуск/ I ном). Например, при номинальном токе двигателя 20 А и кратности пускового тока — 6, пусковой ток равен 20 х 6 = 120 А.

Знание реальной величины пускового тока нужно для выбора плавких предохранителей, проверке срабатывания электромагнитных расцепителей во время пуска двигателя при выборе автоматических выключателей и для определения величины снижения напряжения в сети при пуске.

Процесс выбора плавких предохранителей подробно рассмотрен в этой статье: Выбор предохранителей для защиты асинхронных электродвигателей

Большой пусковой ток, на который сеть обычно не рассчитана, вызывает значительные снижения напряжения в сети (рис. 2, б).

Если принять сопротивление проводов, идущих от источника до двигателя, равным 0,5 Ом, номинальный ток I н=15 А, а пусковой ток равным пятикратному от номинального, то потери напряжения в проводах в момент пуска составят 0,5 х 75 + 0,5 х 75 = 75 В.

На зажимах двигателя, а также и на зажимах рядом работающих электродвигателей будет 220 — 75 = 145 В. Такое снижение напряжения может вызвать торможение работающих двигателей, что повлечет за собой еще большее увеличение тока в сети и перегорание предохранителей.

В электрических лампах в моменты пуска двигателей уменьшается накал (лампы «мигают»). Поэтому при пуске электродвигателей стремятся уменьшить пусковые токи.

Для уменьшения пускового тока может использоваться схема пуска двигателя с переключением обмоток статора со звезды на треугольник. При этом фазное напряжение уменьшится в √ З раз и соответственно ограничивается пусковой ток. После достижения ротором некоторой скорости обмотки статора переключаются в схему треугольника и напряжение ни них становится равным номинальному. Переключение обычно производится автоматически с использованием реле времени или тока.

Рис. 3. Схема пуска электрического двигателя с переключением обмоток статора со звезды на треугольник

Важно понимать, что не далеко каждый двигатель можно подключать по этой схеме. Наиболее распространенные асинхронные двигатели с рабочим напряжение 380/200 В, в том числе и двигатель, показанный на рисунке 1 при включении по данной схеме выйдут из строя. Подробнее об этом читайте здесь: Выбор схемы соединения фаз электродвигателя

В настоящее время, для уменьшения пускового тока электрических двигателей активно используют специальные микропроцессорные устройства плавного пуска (софт-стартеры). Подробнее о назначении такого типа устройств читайте в статье Для чего нужен плавный пуск асинхронного двигателя.

Статьи и схемы

Полезное для электрика

Пусковые токи асинхронных электродвигателей

Подписка на рассылку

Ток, который нужен для запуска электродвигателя, называется пусковым. Как правило, пусковые токи электродвигателей в несколько раз большие, чем токи, необходимые для работы в нормально-устойчивом режиме.

Рисунок 1. Асинхронный электродвигатель Большой пусковой ток асинхронного электродвигателя необходим для того, чтобы раскрутить ротор с места, для чего требуется приложить гораздо больше энергии, чем для дальнейшего поддержания постоянного числа его оборотов. Стоит отметить, что, несмотря на совсем другой принцип действия, однофазные двигатели постоянного тока также характеризуются большими значениями пусковых токов.

Высокие пусковые токи электродвигателей — нежелательное явление, поскольку они могут приводить к кратковременной нехватке энергии для другого подключенного к сети оборудования (падению напряжения). Поэтому при подключении и наладке двигателей переменного тока (наиболее распространенных в промышленности) всегда стоит задача минимизировать значения пусковых токов, а также повысить плавность пуска двигателя за счет применения специального дополнительного оборудования. Такие мероприятия также позволяют снизить уровень затрат на пуск электродвигателя (применять провода меньшего сечения, стабилизаторы и дизельные электростанции меньшей мощности, проч.).

Одной из наиболее эффективных категорий устройств, облегчающих тяжелые условия пуска, являются софтстартеры и частотные преобразователи. Особенно ценным считается их свойство поддерживать пусковой ток двигателей переменного тока в течение продолжительного периода — более минуты. Также пусковой ток асинхронного электродвигателя можно уменьшить за счет внедрения внешнего сопротивления в обмотку ротора.

Расчет пускового тока асинхронного электродвигателя

Рисунок 2. Асинхронный электродвигатель с частотным преобразователем Расчет пускового тока электродвигателя может потребоваться для того, чтобы подобрать подходящие автоматические выключатели, способные защитить линию включения данного электродвигателя, а также для того, чтобы подобрать подходящее по параметрам дополнительное оборудование (генераторы, проч.).

Расчет пускового тока электродвигателя осуществляется в несколько этапов:

Определение номинального тока трехфазного электродвигателя переменного тока согласно формуле: Iн=1000Pн/(Uн*cosφ*√ηн). Рн здесь — номинальная мощность двигателя, Uн выступает номинальным напряжением, а ηн — номинальным коэффициентом полезного действия. Cosφ — это номинальный коэффициент мощности электромотора. Все эти данные можно найти в технической документации по двигателю.

Расчет величины пускового тока по формуле Iпуск=Iн*Кпуск. Здесь Iн — номинальная величина тока, а Кпуск выступает кратностью постоянного тока к номинальному значению, которая также должна указываться в технической документации к электродвигателю.

Точно зная пусковые токи электродвигателей, можно правильно подобрать автоматические выключатели, которые будут защищать линию включения.

Расчет мощности электродвигателя

1. Основные типы электродвигателей
2. Расчет мощности электродвигателя для насоса
3. Формула расчета мощности для компрессора
4. Формула для вентиляторов
5. Расчет пускового тока
6. Режимы работы электродвигателей

Преобразование электрической энергии в кинетическую осуществляется при помощи различных типов электродвигателей. Данные устройства нашли широкое применение в современном производстве и в быту. Чаще всего электродвигатели выполняют функцию электроприводов машин и механизмов, применяются для обеспечения работы насосного оборудования, вентиляционных систем и многих других агрегатов и устройств. В связи с таким широким применением, особую актуальность приобретает расчет мощности электродвигателя. Для этих целей разработано много различных методов, позволяющих выполнить расчеты, применительно к конкретным условиям эксплуатации.

Основные типы электродвигателей

Существует множество типов и модификаций электродвигателей. Каждый из них обладает собственной мощностью и другими параметрами.

Основная классификация разделяет эти устройства на электродвигатели постоянного и переменного тока. Первый вариант применяется значительно реже, поскольку для его эксплуатации требуется обязательное наличие источника постоянного тока или устройства, преобразующего переменное напряжение в постоянный ток. Выполнение данного условия в современном производстве потребует значительных дополнительных затрат.

Но, несмотря на существенные недостатки, двигатели постоянного тока имеют высокий пусковой момент и стабильно работают даже при больших перегрузках. Благодаря своим качествам, эти агрегаты нашли широкое применение на электротранспорте, в металлургической и станкостроительной отрасли.

Тем не менее, большинство современного оборудования работает с двигателями переменного тока. В основе действия этих устройств лежит электромагнитная индукция. которую создает в магнитном поле проводящая среда. Магнитное поле создается с помощью обмоток, обтекаемых токами, или с применением постоянных магнитов. Электродвигатели, работающие на переменном токе, могут быть синхронными и асинхронными .

Использование синхронных электродвигателей практикуется в оборудовании, где требуется постоянная скорость вращения. Это генераторы постоянного тока, насосы, компрессоры и другие аналогичные установки. Различные модели отличаются собственными техническими характеристиками. Например, значение скорости вращения может находиться в пределах 125-1000 оборотов в минуту, а мощность достигает 10 тыс. киловатт.

Во многих конструкциях имеется короткозамкнутая обмотка, расположенная на роторе. С ее помощью, в случае необходимости, производится асинхронный пуск, после чего синхронный двигатель продолжает работу в обычном режиме, максимально сокращая потери электрической энергии. Эти двигатели отличаются небольшими размерами и высоким коэффициентом полезного действия.

Гораздо более широкое распространение в производственной сфере получили асинхронные двигатели переменного тока. Они отличаются очень высокой частотой вращения магнитного поля, значительно превышающей скорость вращения ротора. Существенным недостатком этих устройств считается снижение КПД до 30-50% от нормы при низких нагрузках. Кроме того, во время пуска параметры тока становятся в несколько раз больше по сравнению с рабочими показателями. Данные проблемы устраняются путем использования частотных преобразователей и устройств плавного пуска.

Асинхронные двигатели используются на тех объектах, где требуются частые включения и выключения оборудования, например, в лифтах, лебедках, и других устройствах.

Расчет мощности электродвигателя для насоса

Выбор электродвигателя для насосной установки зависит от конкретных условий, прежде всего – от схемы водоснабжения. В большинстве случаев подача воды производится с помощью водонапорного бака или водонапорного котла. Для приведения в действие всей системы используются центробежные насосы с асинхронными двигателями.

Выбор оптимальной мощности насоса осуществляется в зависимости от потребности в подаче и напоре жидкости. Подача насоса Q_H измеряется в литрах, подаваемых в 1 час, и обозначается как л/ч. Данный параметр определяется по следующей формуле: Qн = Qmaxч = (kч х kсут х Qср.сут) / (24 η), где Qmaxч — возможный максимальный часовой расход воды, л/ч, kч — коэффициент неравномерности часового расхода, kсут — коэффициент неравномерности суточного расхода (1,1 — 1,3), η — КПД насосной установки, с учетом потерь воды), Qср.сут — значение среднесуточного расхода воды (л/сут).

Оптимальный напор воды должен обеспечивать ее подачу в установленное место при условии необходимого давления. Требуемые параметры напора насоса (Ннтр) зависят от высоты всасывания (Нвс) и высоты нагнетания (Ннг), которые в сумме определяют показатели статического напора (Нс), потери в трубопроводах (Hп) и разность давлений верхнего (Рву) и нижнего (Рну) уровней.

Исходя из того, что значение напора будет равно H = P/ρg, где Р — давление (Па), ρ — плотность жидкости (кг/м 3 ), g = 9,8 м/с2 — ускорение свободного падения, g — удельный вес жидкости (кг/м 3 ), получается следующая формула: Ннтр = Hc + Hп + (1/ρ) х (Рву — Рну).

После вычисления расхода воды и напора по каталогу уже можно выбрать насос с наиболее подходящими параметрами. Чтобы не ошибиться с мощностью электродвигателя, ее нужно определить по формуле: Pдв = (kз х ρ х Qн х Нн) / (ηн х ηп), где kз является коэффициентом запаса, зависящим от мощности электродвигателя насоса и составляет 1,05 — 1,7. Этот показатель учитывает возможные утечки воды из трубопровода из-за неплотных соединений, разрывов трубопровода и прочих факторов, поэтому электродвигатели для насосов должны иметь некоторый запас мощности. Чем больше мощность, тем меньше коэффициент запаса можно принять.

Например,при мощности электродвигателя насоса 2 кВт — kз = 1,5, 3,0 кВт — kз = 1,33, 5 кВт — kз =1,2, при мощности больше 10 кВт- kз = 1,05 — 1,1. Другие параметры означают: ηп — КПД передачи (прямая передача – 1,0, клиноременная – 0,98, зубчатая – 0,97, плоскоременная – 0,95), ηн — КПД насосов поршневых 0,7 — 0,9, центробежных 0,4 — 0,8, вихревых 0,25 — 0,5.

Расчет мощности двигателя формула для компрессора

Выбирая электродвигатель, наиболее подходящий для работы того или иного компрессора, необходимо учитывать продолжительный режим работы данного механизма и постоянную нагрузку. Расчет требующейся мощности двигателя Р_дв осуществляется в соответствии с мощностью на валу основного механизма. В этом случае следует учитывать потери, возникающие в промежуточном звене механической передачи.

Дополнительными факторами являются мощности, назначение и характер производства, на котором будет эксплуатироваться компрессорное оборудование. Они оказывают определенное влияние, в связи с чем оборудование может потребовать незначительных, но постоянных регулировок для поддержки производительности на должном уровне.

Определить мощность двигателя можно по формуле: . в которой:

• Q – значение производительности или подачи компрессора (м 3 /с);
• А – работа по совершению сжатия (Дж/м 3 );
• ηк – индикаторный КПД (0,6-0,8) для учета потерь мощности при реальном сжатии воздуха;
• ηп – механический КПД (0,9-0,95) учитывающий передачу между двигателем и компрессором;
• к_з – коэффициент запаса (1,05-1,15) для учета факторов, не поддающихся расчетам.

Работа А рассчитывается по отдельной формуле: А = (Аи + Аа)/2, где Аи и Аа представляют собой соответственно изотермическое и адиабатическое сжатие.

Значение работы, которую необходимо совершить до появления требуемого давления, можно определить с помощью таблицы:

Типичная работа компрессора характеризуется продолжительным режимом работы. Реверсивные электроприводы, как правило, отсутствуют, включения и выключения крайне редкие. Поэтому наиболее оптимальным вариантом, обеспечивающим нормальную работу компрессоров, будет синхронный электрический двигатель.

Формула расчета для вентиляторов

Вентиляторы широко применяются в самых разных областях. Устройства общего назначения работают на чистом воздухе, при температуре ниже 80 0. Воздух с более высокой температурой перемещается с помощью специальных термостойких вентиляторов. Если приходится работать в агрессивной или взрывоопасной среде, в этих случаях используются модели антикоррозийных и взрывобезопасных устройств.

В соответствии с принципом действия, вентиляторные установки могут быть центробежными или радиальными и осевыми. В зависимости от конструкции, они развивают давление от 1000 до 15000 Па. Поэтому мощность, потребная для привода вентилятора, рассчитывается в соответствии с давлением, которое необходимо создать.

С этой целью используется формула: Nв=Hв·Qв/1000·кпд, в которой Nв – мощность, потребная для привода (кВт), Hв – давление, создаваемое вентилятором (Па), Qв – перемещаемый объем воздуха (м 3 /с), кпд – коэффициент полезного действия.

Для расчета мощности электродвигателя используется формула. . где значения параметров будут следующие:

• Q – производительность агрегата;
• Н – давление на выходе;
• ηв – коэффициент полезного действия вентилятора;
• ηп — коэффициент полезного действия передачи;
• к_з – коэффициент запаса, зависящий от мощности электродвигателя. При мощности до 1 кВт к_з = 2; от 1 до 2 кВт к_з = 1,5; при 5 кВт и выше к_з = 1,1-1,2.

Данная формула позволяет рассчитывать мощность электродвигателей под центробежные и осевые вентиляторы. Для центробежных конструкций КПД составляет 0,4-0,7, а для осевых – 0,5-0,85. Другие расчетные характеристики имеются в специальных каталогах для всех типов электродвигателей.

Запас мощности не должен быть слишком большим. Если он будет слишком большой, КПД привода заметно снизится. Кроме того, в двигателях переменного тока может снизиться коэффициент мощности.

Расчет пускового тока электродвигателя

В момент запуска электродвигателя его вал остается в неподвижном состоянии. Для того чтобы он начал раскручиваться, необходимо приложить усилие, значительно больше номинального. В связи с этим пусковой ток также превышает номинал. В процессе раскручивания вала происходит постепенное плавное уменьшение тока.

Влияние пусковых токов негативно сказывается на работе оборудования, в основном из-за резких провалов напряжения. Для того чтобы уменьшить их отрицательное воздействие, применяются различные способы. В процессе разгона, схемы электродвигателя переключаются со звезды на треугольник, используются частотные преобразователи и электронные устройства плавного пуска.

Вначале рассчитывается значение номинального тока двигателя, в соответствии с его типом и номинальной мощностью. Для устройств постоянного тока формула будет выглядеть следующим образом:

У электродвигателей переменного тока номинальный ток определяется по другой формуле:

Все параметры имеют соответствующие обозначения:

• РН – значение номинальной мощности двигателя;
• UH – значение номинального напряжения двигателя;
• ηH–КПД электродвигателя;
• cosfH – соответствует коэффициенту мощности двигателя.

После расчетов номинального тока можно вычислить значение пускового тока по формуле: . в которой:

• IH – номинальное значение тока, определенное ранее;
• Кп–кратность постоянного тока к номиналу.

Значение пускового тока рассчитывается для каждого двигателя, имеющегося в электрической цепи. В соответствии с его величиной выбирается автоматический выключатель, обеспечивающий защиту всей цепи.

Режимы работы электродвигателей

Нагрузка на электродвигатель определяется режимом его работы. Она может оставаться неизменной или изменяться в зависимости от условий эксплуатации. При выборе двигателя обязательно учитывается характер и значение предполагаемой нагрузки. С учетом этого фактора выполняется расчет мощности электродвигателя.

Режимы, в которых работают электродвигатели:

• S1 – продолжительный режим. Нагрузка не меняется в течение всего периода эксплуатации. Температура двигателя достигает установленного значения.
• S2 – кратковременный режим. В этом случае в период работы температура не успевает достигнуть нужного значения. При отключении происходит охлаждение двигателя до температуры окружающей среды.
• S3 – периодически-кратковременный режим. В процессе работы двигателя производятся периодические отключения. В эти периоды температура двигателя не может достигнуть нужного значения или стать такой же, как в окружающей среде. При расчетах двигателя, в том числе и мощности, учитываются все паузы и потери, их продолжительность. Одним из важных критериев выбора агрегата, считается допустимое число включений за определенный отрезок времени.
• S4 – периодически-кратковременный режим с частыми пусками.
• S5 — периодически-кратковременный режим с электрическим торможением. Оба режима S4 и S5 работают также, как и S3.
• S6 – периодически-непрерывный режим с кратковременной нагрузкой. Эксплуатация двигателя осуществляется под нагрузкой, которая чередуется с холостым ходом.
• S7 – периодически-непрерывный режим с электрическим торможением.
• S8 – периодически-непрерывный режим, в котором одновременно изменяется нагрузка и частота вращения.
• S9–режим, когда нагрузка и частота вращения изменяются не периодически.

Источники: http://electricalschool.info/main/osnovy/1441-kakojj-tok-potrebljaet-dvigatel-iz-seti.html, http://cable.ru/articles/id-1117.php, http://electric-220.ru/news/raschet_moshhnosti_ehlektrodvigatelja/2016-10-18-1089